在航空航天领域，几十年来已经成功地采用蜂窝芯来作为夹层面板和板材的 芯层材料，这种材料能抗翘曲和弯曲。这些蜂窝芯大多是六边形或过度拉伸 (over-expanded)成型的，主要是由铝或浸渍酚醛树脂的芳族聚酰胺(aramide) 纤维纸构成，并且通常是用拉伸工艺来制作的。通常具有两个粘接在上下表面的皮 层的夹层结构可提供非常高的比刚度和比强度。目前，在其它很多工业分支领域， 对具有优良比重材料特性的轻型夹层内芯材料的需求正持续增长，因此，同时有一 半以上的蜂窝芯材用于其它领域。
在汽车和包装材料工业，要求具有快速连续生产的蜂窝芯材，为了获得能与 瓦楞纸板和其它低成本材料相竞争的产品。
带有蜂窝芯的夹层在板面内具有较高的比压缩强度，这是因为表层材料具有 优化的、与平面内方向无关的支承作用。与带有波纹(瓦楞)内芯(例如瓦楞纸板) 的夹层相比，在机器的加工方向上，此蜂窝夹层板可以获得较佳的边缘抗压缩性和 抗弯刚度。于是，可以显著地降低重量和减少原材料的使用。由于有垂直的、相互 支承的蜂窝单元内壁，因而在相对于材料平面成直角的方向上也可以获得较好的耐 压性能。此外，带有蜂窝芯的夹层板具有较佳的表面质量，这对于包装材料的印刷 性能来说是非常重要的。由于存在这些优点，并且对低成本芯材的需求日益增加， 因而过去已经致力于降低蜂窝芯材的较高的制造成本。
已知现有工艺中，蜂窝材料的制造是将多个的条带材料或相互连接的幅状材 料在各个交替的位置上进行粘贴，然后再拉伸成型(Bova的US4,500,380、Hering 的DE19609309、Schmidlin的US4,992,132、Meier的US5,334,276)。这些工艺已 经被用于纸蜂窝的半自动化生产，纸蜂窝的单元尺寸为大约10mm以上，可以用于 内包装材料、边缘和角部元件、以及货盘。在拉伸成型过程中所需的外力和材料内 应力使得对粘合剂的要求以及单元内壁之间的粘接强度的要求变高。借助预先刻制 的折叠线，肯定可以减小这些力，但是蜂窝的几何结构的规则性会由于拉伸过程而 变差，特别是在纸蜂窝具有较小蜂窝单元尺寸的情况下。在蜂窝单元尺寸较小的情 况下，会显著地增加内应力和所需的拉伸外力。为此，这些工艺对具有较小的蜂窝 单元尺寸的纸蜂窝材料来说是有问题的，并且更难以实现自动化生产。此外，生产 速度亦受到横切层叠纸张工艺的限制。
同样地，还已知有很多工艺，其中是将单个的波纹形(或梯形)幅材(或条 带)以交错的方式粘接(Jurisisch的US3,887,418、Fell的US5,217,556、Casella 的US5,339,221、Duffy的US5,324,465)。由于各幅材必须要定位和传送，因而从 技术上很难实现高速连续生产工艺。
另外，还已知有很多工艺，其中是对瓦楞纸板进行加工来形成蜂窝芯。在其 中一种工艺中，用瓦楞纸板制作蜂窝芯的单元壁(Hess的US4,948,445)。在此情 况下，瓦楞纸板做单张片材，片材的楞沿生产方向延伸，并用短的切刀横切过瓦楞 纸板的整个厚度。于是，随后可以沿生产方向进行折叠和拉伸，从而制造出具有相 对较大的蜂窝单元尺寸和相对较厚的蜂窝单元壁的波纹化的内芯。该工艺与交错粘 接的蜂窝幅材进行拉伸加工的工艺基本相同。
另外，还已知有一些蜂窝的生产工艺，其中是将一具有横向于生产方向的楞 的瓦楞纸板材(Kunz的US3,912,573)或单个波纹幅材(Kunz的WO91/00803)切 成条。在将幅材切割成条带之后，将各条带相互粘接而形成蜂窝芯层。该工艺需要 具有一定尺寸的单个的另外的条带材料或特别的定位胶带，以便确保其生产。由于 这个条带具有一定的尺寸，因而在条带转动之后，会使幅材的宽度尺寸显著减小。 为了使蜂窝芯层的宽度不致太小，需要在另一个生产步骤中将条带切开，并将它们 粘接起来而形成一蜂窝块，随后再沿着横向于生产方向的方向以相当慢的速度来传 送。对于高度较小的蜂窝而言，如果需要，必须将蜂窝块切开。用这样一种工艺生 产的蜂窝具有介于单个波纹形或梯形单元壁条带之间的额外的单个条带材料。这种 额外条带增强型蜂窝可以通过一蜂窝块的手工生产(Darfler的WO95/10412)来获 得。在此，是将单个的平层材料放在各波纹层之间并与它们相粘接。
还已知有一些蜂窝及其生产工艺，其中在切割连续幅材之后，使其波纹化或 形成梯形，随后再使相互连接的单元壁相互抵住并折叠和粘接起来(Pflug的 WO97/03816)。为了节约包装用的材料(特别是与瓦楞纸板相比)，最好是采用很轻 的纸(40g/m2到80g/m2)。当使这些低克数的纸波纹化时，为了立刻稳定刚成形 的楞，最好再粘接一片层材料于其表面。特别是，在波纹化方向与生产方向垂直的 情况下，与通常以高达350m/min的速度生产瓦楞纸板的情况一样，在波纹化之后 必须立即将一个表层材料(如通常所说的衬垫)粘上去。波纹化的幅材在拉伸应力 作用下会产生变形，拉伸应力是快速生产传送幅材所必须的。
另外，还已知有一些在瓦楞纸板中引入切缝的工艺和装置(Cummings的 US5,690,601)。这些切缝是沿着每张瓦楞纸板的楞的方向(横向于瓦楞纸板的实际 生产方向)形成的，这是为了定位折叠线用的。在该工艺中，折叠是朝着切割线方 向进行的，这样在折叠后板材是封闭的。

本发明是基于这样的目的而作出的，即，提供一种蜂窝芯材，以及相关工艺 和装置，借助该工艺和装置，能以近似瓦楞纸板的生产速度来连续地生产具有相对 较小的蜂窝单元尺寸的蜂窝材料。此外，该材料具有优良的表面质量以及可靠而快 速粘接的表层材料。
为实现上述目的，本发明提供了一种折叠蜂窝，包括多个波纹内芯条带，这 些条带并排地布置在一个平面内，并且均包括一带有至少一个表层材料的波纹形或 梯形内芯，波纹内芯条带的表层材料相互平行地布置并且横向于所述平面，每个波 纹内芯条带的波纹内芯的槽的纵向均横向于该条带延伸，各波纹内芯条带相互连 接，其中，对至少每个第二波纹内芯条带而言，一个波纹内芯条带的表层材料都是 与相邻波纹内芯条带之一的表层材料形成为一体，并通过一个180°的折叠线而连 接于相邻的波纹内芯条带，各相邻波纹内芯条带之间的接头在折叠蜂窝的一侧和另 一侧上交替地布置。
本发明还提供了一种折叠蜂窝的连续生产工艺，包括如下步骤：a)形成相互 连接的波纹内芯条带，这些内芯条带包括一具有至少一个表层材料的波纹形或梯形 内芯，各波纹内芯条带相互连接，相邻波纹内芯条带之间的接头交替地布置在折叠 蜂窝的一侧和另一侧上，至少是对每个第二波纹内芯条带而言，一波纹内芯条带的 表层材料连接于一相邻波纹内芯条带的表层材料；以及b)使相互连接的波纹内芯 条带彼此相对地转过大约90°，藉以使各波纹内芯条带的表层材料在连接线处折过 大约180°。
本发明还提供了一种用于制造折叠蜂窝的装置，包括：a)一第一装置，所述 第一装置由刀片构成，这些刀片对波纹内芯幅材的两侧进行切割以形成相互连接的 各波纹内芯条带，所述条带位于一由带有至少一个表层材料的一波纹形或一梯形内 芯组成的平面内，所述各波纹内芯条带相互连接，相邻波纹内芯条带之间的接头交 替地布置在折叠蜂窝的一侧和另一侧上，至少是在每个第二波纹内芯条带上，一波 纹内芯条带的表层材料连接于一相邻波纹内芯条带的表层材料；以及b)一第二装 置，所述第二装置由引导元件构成，这些引导元件使相互连接的波纹内芯条带彼此 相对地转过大约90°，藉以使各波纹内芯条带的表层材料在连接线处折过大约180°。
本发明还提供了多个并排排列的波纹内芯条带，这些条带相互连接并在一个 平面内，每个条带均包括一带有至少一个表层材料的一波纹形或一梯形内芯，波纹 内芯条带的表层材料相互平行，每个波纹内芯的各槽的纵向相对于每个波纹内芯条 带横向地延伸，各波纹内芯条带相互连接，其中，对至少每个第二波纹内芯条带而 言，一个波纹内芯条带的表层材料都是与相邻波纹内芯条带之一的表层材料形成为 一体，并通过一个180°的折叠线而连接于相邻的波纹内芯条带的表层材料以形成 一折叠蜂窝，各相邻波纹内芯条带之间的接头在折叠蜂窝的一侧和另一侧上交替地 布置。
在本发明中，需要一波纹形或梯形幅材做原材料，该幅材具有至少一个，最 好是两个表层材料。此幅材可以是瓦楞纸板或者是塑料，复合材料或金属的波纹芯 板。此外，可以采用具有多波纹的芯材，例如双楞瓦楞纸板(BC楞、AA楞)的材 料。表层最好也使用很薄的材料(单位面积的重量在60g/m2和100g/m2之间)， 而波纹内芯材料最好使用厚度最大为表层材料两倍的材料，这是因为在折叠蜂窝 中，原瓦楞纸板的表层材料是双层重叠的。因此，每个波纹内芯条带的波纹内芯材 料与表层材料材料在单位面积上的重量之比是在1到2之间。在此情况下，对瓦楞 纸板的表层材料质量方面的要求很低，同时对波纹内芯幅材的厚度公差和表面质量 的要求也很低，这是因为这些因素对最终产品的表面质量的影响极小。
瓦楞纸板幅材的厚度决定蜂窝单元尺寸的大小。为了支承蜂窝的表层材料， 蜂窝单元尺寸为4.7mm(A楞)或3.6mm(C楞)(表层材料单位面积重量很低)就 足够了，这是因为平的瓦楞纸板的表层材料条带能提供额外的支承，并且可以减少 在蜂窝单元上表层材料产生凹陷的风险。而且，具有较小或较大单元尺寸的蜂窝芯 材可以由具有较薄或较厚楞的瓦楞纸板幅材生产出来。
根据本发明的一个实施例，首先是在传送方向上设置具有多层结构的幅材， 在幅材的上下两侧具有多个连续的折叠线。折叠线例如可以通过对幅材进行压制或 纵向切割而形成。切割线并没有在幅材的厚度方向上完全切穿，而总是留下一个连 续的表层材料(或表层和楞峰)。在此情况下，上侧面的切割线要尽可能精确地定 位在两个相邻下侧面切割线的中间。表层材料中的不规则部分(这对瓦楞纸板是很 正常的)和各楞的峰顶之间的不同的切割力可导致表层材料在切割点上被部分地或 全部地切穿，若波纹内芯条带仍保持横向连接，这样是非常理想的。表层材料的这 种轻微的切穿或穿孔，或者是对折叠线施加额外的预浮刻，均可以减小所需的折叠 力。也可以先将波纹内芯条带完全切穿，同时或紧接着借助胶粘薄膜将它们粘接起 来。与幅材相比，这样的材料更易于弯曲或折叠。因此，术语“一体成型”不但包 括通过一表层材料相互连接的波纹内芯条带，而且包括通过胶粘薄膜相互连接的单 独的波纹条带。相互连接的波纹内芯条带的宽度与高度之比最好是在0.5-2.0之 间。
随后，以这样一种方式使每个相互连接的芯条带转过90°，即，将切割线打开， 使相邻条带的互连的表层材料折过180°。由于各条带相互连接，因而不必沿厚度 方向或纵向进行对齐。各条带借助连接的表层材料而一个接一个在平面内排列，并 形成折叠蜂窝。各条带能以其它任何方式粘接，或者在粘贴新表层材料的情况下通 过新表层材料来相互结合。可借助辊子、喷嘴或刷子来涂敷粘合剂，其中能涂敷相 对较少量粘合剂的方式是较为理想的。当采用具有上下两层表层材料的波纹内芯幅 材时，与只有一个表层材料的情况相比，各波纹内芯条带要稳定得多，并且可以借 助一些压力来粘接。在此，波纹内芯的可能的变形(这些变形经常在瓦楞纸板的生 产中降低其表面质量)是沿宽度方向发生的，因而对折叠蜂窝的表面质量和厚度误 差没有影响。
原来水平的波纹内芯表层材料条带在蜂窝中是垂直的，它们能承受生产方向 上的拉伸应力，并允许幅材的快速传递。其次，这些表层材料条带能提高蜂窝的抗 剪切和抗压缩特性，从而使瓦楞纸板中的所有材料都可以被利用在折叠蜂窝内芯 中。
为了制造蜂窝纸板材料，紧接在蜂窝制造过程之后，可以将新的表层材料连 续地粘贴在蜂窝芯层上。在此情况下，蜂窝的高抗压缩强度就变得非常有用。通过 在引入纵向切缝的过程中对边缘进行纤维分离粗糙化(defibering)，就能将表层 材料良好地附连于蜂窝。除了波纹内芯层的边缘之外，折叠波纹内芯的表层材料条 带的折叠小侧面还能另外用于与表层材料的连接。
附图说明
下面将结合附图来描述根据本发明一实施例的蜂窝芯层、及其制造工艺和装 置，附图中：
图1是以平面图和侧视图的形式示出了波纹内芯幅材和纵向切缝的位置；
图2是一前视图，示出了波纹内芯幅材中的纵向切缝的位置；
图3示出了略微折叠的、相互连接的波纹内芯条带；
图4示出了折过30°的、相互连接的波纹内芯条带；
图5示出了折过60°的、相互连接的波纹内芯条带；
图6示出了几乎完全折叠好的、相互连接的波纹内芯条带；
图7是一略微折叠的波纹内芯幅材的立体图；
图8是一折过30°的波纹内芯幅材的立体图；
图9是一折过60°的波纹内芯幅材的立体图；
图10是几乎完全折叠好的瓦楞纸板制的蜂窝的立体图；
图11是用瓦楞纸板来制造折叠蜂窝的工艺的平面图；
图12是用瓦楞纸板来制造折叠蜂窝工艺的立体图；
图13是幅材被引导至其纸板平面以外的侧视图；
图14是仍为平的波纹内芯幅材的前视图；
图15示出了一折过5°的波纹内芯幅材在幅材面外的变形；
图16示出了一折过45°的波纹内芯幅材在幅材面外的变形；
图17示出了在每个第三波纹内芯条带进行三级转动的情况下在幅材面外的变 形；
图18是用于引入纵向切缝以便制造折叠蜂窝的装置的前视图；
图19是用于可变地引入纵向切缝的装置的前视图；
图20示出了用于将相互连接的波纹内芯条带转动并折叠起来以从瓦楞纸板来 制造折叠蜂窝的装置的一部分；
图21示出了用于使相互连接的波纹内芯条带转动和折叠起来的可变装置的一 部分。

图1示出了所供给的波纹内芯幅材，该幅材具有横向于生产方向的楞，并且 在平面图和侧视图中示出了纵向切缝的位置。波纹内芯幅材可以是基于塑料和织物 增强体的复合材料、纸、纸板或类似的材料。每个波纹内芯条带1都是由两条切缝 2和3来界定的。借助这些切缝(在厚度方向不需完全切穿幅材)，可以从上下两 面交替地切割波纹内芯幅材。随后，在该位置，围绕折叠线4和5对剩余材料(一 表层材料和/或波纹内芯的楞的峰顶)加以折叠。图2是示出纵向切缝的位置和折 叠线的前视图。每个波纹内芯条带的宽度与高度之比最好是0.5-2。
图3-6是示出相互连接的波纹内芯条带的折叠步骤的前视图。在对波纹内芯 表层材料条带进行折叠之前，可以在其上涂敷一层为包装用的的粘合剂6(最好是 淀粉基或聚乙烯醇基(PVA)的)。可以将粘合剂涂敷于整个表面，也可以只涂敷在 各楞峰或楞谷与相邻的波纹内芯条带连接的位置上。图7-10是各中间制造步骤的 相应立体图。
图11是由瓦楞纸板制造折叠蜂窝的工艺过程的平面图。图12示出了各个加 工步骤的位置。首先，在位置10，在幅材中引入纵向切缝。接着，在位置11-13， 使材料条带转动。在此，可以在转动过程中(例如在位置12处)，有选择地引入粘 合剂。在位置14，可以将表层材料施加于折叠的蜂窝。
在这种连续的加工过程中，会由于相互连接的波纹内芯条带的转动而产生扭 转应力。由于薄而且窄的条带的扭转刚度较小，因而扭转应力也比较小。因此，如 果幅材的宽度没有变化，则该工序的长度可以相对较短(＜0.5m)。波纹内芯幅材的 厚度与蜂窝芯层的厚度之比必须对应于两种幅材的宽度之比(b蜂窝＝b波纹·t蜂窝/ t波纹)。
应该最好是将波纹内芯的厚度(t波纹)选择成等于蜂窝芯的厚度(t蜂窝)，以 便获得一个恒定的加工宽度(b蜂窝＝b波纹)。然而，在材料条带的转动过程中，在 任何情况下，幅材的最大宽度都可以用 来获得。
在材料厚度t波纹＝t蜂窝相同的情况下，宽度的变化应该是bmax＝1.41·b波纹。通 过将材料条带引导至幅材平面之外，就可以防止幅材宽度发生变化。
图13是将幅材引导至幅材平面以外的侧视图。这种相互连接的波纹内芯条带 可以在作90°扭转的过程中略微弯折。然而，将扭转的波纹内芯条弯折需要扭转区 域具有较大的长度。因此，较方便的是，将幅材做成沿宽度方向略微呈波浪状，以 便以这种方式来限制离开幅材平面的变形。图14-16示出了相互连接的波纹内芯 条带在离开幅材平面以避免幅材宽度变化的可能的变形过程的各个步骤。
此外，如果波纹内芯条带一个接一个地转动，则可以大大减小宽度变化。在 此情况下，特别有利的是，首先使每第三波纹内芯条带转动。在此方式下，所有的 波纹内芯条带都可以分三步转动，不会使宽度有任何显著的变化。图17是一前视 图，示出了每第三波纹内芯条带的三步式转动，以及最终获得的偏离幅材平面的轻 微变形。也可以将单个的波纹内芯条带或很多个波纹内芯条带以不同的顺序一个接 一个地转动，以便限制宽度的变化。
尽管如此，在具有较大厚度(t蜂窝＞t波纹)的蜂窝芯层的制造过程中的幅材宽 度减小以及在具有较小厚度(t蜂窝＜t波纹)的蜂窝芯层的制造过程中的幅材宽度增 大可能在一定程度上是有利的，因为这些能为系统赋予一定的灵活性。在此情况下， 波纹内芯层的厚度(t波纹)和蜂窝芯层的厚度(t蜂窝)之比最好是在0.5-2之间。 图18示出了一用于引入纵向切缝的装置。该装置可以包括简单的纵向切刀20，这 些切刀在一上轴21和一下轴22上转动，或者可以在多个分开的轴上转动。上切刀 和下切刀相互之间的距离和其本身相互间距应该尽可能地均匀，以便获得较高的切 割精度，进而获得非常恒定的蜂窝芯厚度。此外，幅材应该被尽可能准确地引导(例 如借助辊子)，以便获得准确的切缝深度。目前在瓦楞纸板的生产过程中，已经能 在生产方向上对波纹内芯进行快速准确的切割。除了较理想地采用旋转切刀之外， 还设想可以采用固定刀片来进行切割。相互连接的波纹内芯条带形成了一个相对较 为稳定的幅材，因而在引入了切缝之后，可以借助位于纵向切刀下游的辊子或皮带 来传送波纹内芯幅材。
图19示出了一个用于引入纵向切缝的可变装置24。通过在宽度方向上对各切 刀20的间距进行均匀的调节，就可以制造出具有不同厚度的蜂窝芯层。此外，还 可设想(例如转动架系统)快速地更换全部切割辊子。
图20示出了一用于使相互连接的波纹内芯条带转动和折叠在一起的装置。该 装置可以包括简单的固定引导件23、转动辊或传送带。这些引导件的几何结构可 决定相互连接的波纹内芯条带在相互抵靠的传送和折叠过程中是怎样转动的。因 此，既可以进行顺次转动，也可以进行同步转动，前者的结果是在宽度方向上形成 稍微呈阶梯状的波浪，后者的结果是在宽度方向上形成一较大的波浪形。
图21示出了一用于将相互连接的波纹内芯条带(在宽度方向上形成波浪)同 步转动并折叠在一起的可变装置。图17示出了各个材料条带的引导件是如何在每 个第三波纹内芯条带分三步转动时对其如何加以引导的。在这种变化形式中，有利 的是，只要这样做就足够了，即，引导相应的不转动的两个内芯条带向上或向下， 以使介于两者之间的相应的波纹内芯条带转过90°。
这种由瓦楞纸板制成的折叠蜂窝、所述的工艺和装置允许制造出在各种材料 特性方面都显著优于瓦楞纸板材料。这种蜂窝芯层的厚度最好是大于4mm，因为这 样的话可以大大节省材料(与具有两个叠置的波纹内芯的瓦楞纸板相比)。然而， 即使蜂窝的高度较低，它们还是可以提供好得多的材料特性。这种材料可以用相同 甚至更轻的纸(牛皮纸kraftliner或试纸testliner)以及淀粉基或PVA基的普 通粘合剂，借助制造设备来制造，这种制造设备的重要部件均等同于广泛使用的瓦 楞纸板制造设备。两个附加的加工步骤(引入纵向切缝并折叠相互连接的瓦楞纸板 条带)可以借助上述的简单装置来执行，不会降低生产速度。
利用上述可调节的纵向切割和引导装置和调换瓦楞纸板制造业中普通的辊子 和其它构件，一台单楞瓦楞纸板制造设备可以很灵活地生产出具有不同厚度的折叠 蜂窝。希望生产成本能低于两层式瓦楞纸板的生产成本。此外，基于单楞瓦楞纸板 制造设备的蜂窝纸板生产设备的生产速度将可能高于目前常用的双楞瓦楞纸板制 造设备。
在由瓦楞纸板制造折叠蜂窝的生产过程中，胶粘表层材料的步骤可以在通用 生产线上进行，直接在对芯层进行精整之后进行，若要对蜂窝纸板进行进一步的加 工，可以采用瓦楞纸板加工业通常使用的切割机、冲压机和印刷机。
与瓦楞纸板相比，蜂窝纸板在材料平面内具有好得多的面内抗压缩强度(通 过边缘抗压实验测定，ECT)，特别是在生产方向(机器加工方向)上尤其如此。此 外，在相对于材料平面成直角的方向上抗压缩性能(通过平面抗压实验测定，FCT) 可以显著改善，而且具有较高的耐冲击性能。在重量和材料方面可能的节省、与方 向无关的强度和较佳的表面质量、以及附加步骤较小开支，使得这种由瓦楞纸板制 成的折叠蜂窝纸板可与瓦楞纸板相竞争。
此外，这种折叠蜂窝可以用各种方式来进一步地加工以形成芯层部分，无需 有叠置于其上的表层材料。可以另外在蜂窝单元中填充泡沫或类似的材料，以便改 善声学特性和隔热性。另外，可以通过浸浴或喷涂来对蜂窝单元壁进行浸渍或涂覆。 优良的材料特性和较低的生产成本使得这种材料除了可以用于包装之外，还可以用 于其它各种场合，例如用于车辆、家具、地板和墙壁面板等。
本发明的折叠蜂窝的优点如下：
a)由于具有较佳的表面质量，因而改善了可印刷性；
b)具有改善的机械特性，例如平面抗压性和面内抗压性、弯曲强度、抗挠刚 度；
c)在具有相同机械特性的情况下，具有较低的重量；
d)较好的冲击性能和冲击后优良的剩余机械特性；
e)环保，例如可以少用20-25％的原料，该折叠蜂窝可应用于迄今为止采用 非重复使用性材料的场合。